Кислота Мелдрума или 2,2-диметил-1,3-диоксан-4,6-дион представляет собой органическое соединение с формулой C
6ЧАС
8О
4. Его молекула имеет гетероциклическое ядро с четырьмя атомами углерода и двумя атомами кислорода ; формулу также можно записать как [−O− (C (CH
3)
2) −O− (C = O) - (CH
2) - (C = O) -] .
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК 2,2-диметил-1,3-диоксан-4,6-дион | |
Другие названия Изопропилиденмалонат | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.016.358 |
PubChem CID | |
UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Характеристики | |
С 6 Н 8 О 4 | |
Молярная масса | 144,126 г · моль -1 |
Температура плавления | От 94 до 95 ° C (от 201 до 203 ° F; от 367 до 368 K) (разлагается) [1] |
Кислотность (p K a ) | 4,97 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Это бесцветное кристаллическое твердое вещество, мало растворимое в воде. При нагревании разлагается с выделением углекислого газа и ацетона . [2] [3]
Характеристики
Кислотность
Соединение может легко потерять ион водорода из метиленового элемента CH.
2в кольце (карбон 5); который создает двойную связь между ним и одним из соседних атомов углерода (номер 4 или 6) и отрицательный заряд в соответствующем кислороде. Образующийся анион [C
6ЧАС
7О
4] - стабилизируется резонансом между двумя альтернативами, так что двойная связь делокализована, и каждый кислород в карбонилах имеет формальный заряд -1/2.
Константа ионизации p K a равна 4,97; что заставляет его вести себя как одноосновная кислота, даже если она не содержит групп карбоновых кислот . [2] По этим и другим свойствам соединение напоминает димедон и барбитуровую кислоту . Тем не менее, в то время как димедон существует в растворе в основном как моно- енольного таутомера , кислоты Мелдрума почти полностью как дикетон форма. [2]
Необычно высокая кислотность этого соединения долгое время считалась аномальной - оно на 8 порядков кислотнее, чем близкородственное соединение диметилмалонат . В 2004 году Охвада и его коллеги определили, что минимизирующая энергию конформационная структура соединения размещает орбиталь σ CH альфа-протона в правильной геометрии, чтобы выровняться с π * CO , так что основное состояние представляет необычно сильную дестабилизацию связи CH. [4]
Подготовка
Оригинальный синтез
Соединение было впервые получено Мелдрамом путем реакции конденсации ацетона с малоновой кислотой в уксусном ангидриде и серной кислоте . [3]
Альтернативные синтезы
В качестве альтернативы первоначальному препарату кислоту Мелдрума можно синтезировать из малоновой кислоты, изопропенилацетата ( енольного производного ацетона) и каталитической серной кислоты.
Третий путь - реакция недооксида углерода C
3О
2с ацетоном в присутствии щавелевой кислоты . [2]
Использует
Подобно малоновой кислоте и ее сложноэфирным производным, а также другим 1,3-дикарбонильным соединениям , кислота Мелдрума может служить реагентом для множества нуклеофильных реакций.
Алкилирование и ацилирование
Кислотность углерода 5 (между двумя карбонильными группами) делает возможным простое алкилирование и ацилирование кислоты Мелдрума в этом положении. Например, депротонирование и реакция с простым алкилгалогенидом ( R-Cl ) присоединяет алкильную группу ( R- ) в этом положении:
Аналогичная реакция с ацилхлоридом ( R- (C = O) -Cl ) вместо этого присоединяет ацил ( R- (C = O) - ):
Эти две реакции позволяют кислоте Мелдрума служить исходным каркасом для синтеза множества различных структур с различными функциональными группами. С алкилированными продуктами можно дополнительно манипулировать для получения различных амидных и сложноэфирных соединений. Нагревание ацильного продукта в присутствии спирта приводит к сложноэфирному обмену и декарбоксилированию в процессе, аналогичном синтезу эфира малоновой кислоты . Реакционная природа циклического сложного диэфира обеспечивает хорошую реакционную способность даже для спиртов с такими затрудненными свойствами, как трет- бутанол . [5] Кетоэфиры этого типа полезны в синтезе пиррола Кнорра .
Синтез кетенов
При температурах выше 200 ° C [6] кислота Мелдрума подвергается перициклической реакции, которая выделяет ацетон и углекислый газ и производит высокореактивное соединение кетена : [7]
Эти кетены можно выделить с помощью мгновенного вакуумного пиролиза (FVP). Кетены обладают высокой электрофильностью и могут вступать в реакцию присоединения с другими химическими веществами. При таком подходе возможно образование новых связей C – C, колец, амидов , сложных эфиров и кислот:
В качестве альтернативы пиролиз можно проводить в растворе для получения тех же результатов без выделения кетена в реакции в одном сосуде . Способность образовывать такие разнообразные продукты делает кислоту Мелдрума очень полезным реагентом для химиков-синтетиков. [8] [9] [10]
История
Соединение названо в честь Эндрю Норман Мелдров , который сообщил его синтез в 1908. [3] Он не распознал его структуру как бета- лактон из беты-hydroxyisopropylmalonic кислоты ; о правильной структуре бислактона 1,3-диоксана было сообщено в 1948 г. [11]
Рекомендации
- ^ "Кислота Мелдрама". Индекс Merck . 14-го. версия. Исследовательские лаборатории Мерк. 2006. с. 1005. ISBN 978-0-911910-00-1.
- ^ а б в г Макнаб, Хэмиш (1978). «Кислота Мелдрама». Обзоры химического общества . 7 : 345–358. DOI : 10.1039 / CS9780700345 .
- ^ а б в Норман Мелдрам, Эндрю (1908). «Β-лактоновая кислота из ацетона и малоновой кислоты» . Журнал Химического общества, Сделки . 93 : 598–601. DOI : 10.1039 / CT9089300598 .
- ^ Накамура, Сатоши; Хирао, Хадзиме; Охвада, Томохико (2004). «Обоснование кислотности кислоты Мелдрама. Согласованная связь кислотности C-H со свойствами локализованных реактивных орбиталей». J. Org. Chem. 69 (13): 4309–4316. DOI : 10.1021 / jo049456f . PMID 15202884 .
- ^ Оикава, Юдзи; Сугано, Киёси; Ёнемицу, Осаму (1978). «Кислота Мелдрума в органическом синтезе. 2. Общий и универсальный синтез β-кетоэфиров». J. Org. Chem. 43 (10): 2087–2088. DOI : 10.1021 / jo00404a066 .
- ^ Gaber, Abd El-Aal M .; Макнаб, Хэмиш (2001). «Синтетические применения пиролиза кислотных производных Мелдрама». Синтез . 2001 (14): 2059–2074. DOI : 10,1055 / с-2001-18057 .
- ^ Дюма, Аарон М .; Филлион, Эрик (2009). "Кислоты Мелдрама и 5-алкилиденовые кислоты Мелдрума в каталитических процессах образования углерод-углеродных связей". В соотв. Chem. Res. 43 (3): 440–454. DOI : 10.1021 / ar900229z .
- ^ Оикава, Юдзи; Хирасава, Хитоши; Ёнемицу, Осаму (1978). «Кислота Мелдрума в органическом синтезе. 1. Удобный однореакторный синтез этилиндолепропионатов». Буквы тетраэдра . 19 (20): 1759–1762. DOI : 10.1016 / 0040-4039 (78) 80037-9 .
- ^ Липсон, Виктория В .; Горобец Николай Ю. (2009). «Сто лет кислоты Мелдрама: достижения в синтезе производных пиридина и пиримидина». Мол. Дайверы. 13 (4): 399–419. DOI : 10.1007 / s11030-009-9136-х . PMID 19381852 .
- ^ Бонифасио, Васко ДБ (2004). «Кислота Мелдрама». Synlett . 2004 (9): 1649–1650. DOI : 10,1055 / с-2004-829539 .
- ^ Дэвидсон, Дэвид; Бернхард, Сидней А. (1948). «Структура предполагаемой β-лактоновой кислоты Мелдрама». Журнал Американского химического общества . 70 (10): 3426–3428. DOI : 10.1021 / ja01190a060 . PMID 18891879 .
дальнейшее чтение
- Геренсер, Янош; Дорман, Дьёрдь; Дарвас, Ференц (2006). "Кислота Мелдрама в многокомпонентных реакциях: приложения к комбинаторному и ориентированному на разнообразие синтезу". QSAR и комбинаторная наука . 25 (5–6): 439–448. DOI : 10.1002 / qsar.200540212 .
- Иванов, Андрей С. (2008). «Кислота Мелдрума и родственные ей соединения в синтезе натуральных продуктов и аналогов». Chem. Soc. Rev. 37 (4): 789–811. DOI : 10.1039 / B716020H .
- Кидд, Хэмиш (29 октября 2008 г.). «Кислота Мелдрама» . Мир химии : 35–36.